CN114812419A - 一种测量聚焦环与晶圆片边缘间隙的无线装置和测量方法 - Google Patents

一种测量聚焦环与晶圆片边缘间隙的无线装置和测量方法 Download PDF

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CN114812419A CN202210523266.9A CN202210523266A CN114812419A CN 114812419 A CN114812419 A CN 114812419A CN 202210523266 A CN202210523266 A CN 202210523266A CN 114812419 A CN114812419 A CN 114812419A
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Abstract

本发明提供一种晶圆聚焦环间隙测量装置(1)，其包括一个晶圆片，并用于测量晶圆片与聚焦环之间的间隙，其特征在于至少如下装置被设置于所述晶圆片：间隙测量模块(4)，其用于测量所述晶圆片边缘与所述聚焦环之间的间隙距离；间隙采集模块(5)，其与所述间隙测量模块(4)连接，用于采集所述间隙测量模块(4)的测量信息，并将所述测量信息传输给上位机。还提供相适应的测量系统以及测量方法。通过本发明，可进行晶圆和聚焦环间隙的原位测量，免去了校准定位腔，节省了空间；可实现实时在位检测。

Description

一种测量聚焦环与晶圆片边缘间隙的无线装置和测量方法
技术领域
本发明属于半导体设备领域，具体地涉及半导体设备检测领域，尤其涉及一种集成了光学探头的无线晶圆片检测装置和方法，可用于检测聚焦环与晶圆片边缘间隙。
背景技术
在先进的半导体集成电路制造过程中，包含了上百道对晶圆片加工的工序，晶圆片需要在各种不同的工艺腔之间传输，例如薄膜沉积腔、刻蚀腔和清洗腔等。晶圆片通常被机械手放置在静电吸盘上的聚焦环(focus ring)内加以固定，而晶圆片能否准确放置在聚焦环中心会对后续加工造成很大影响。例如在等离子体刻蚀过程中，晶圆片与聚焦环之间的不同间隙使其电场分布不均匀，容易产生电弧打火现象，导致晶圆片和聚焦环的损坏，甚至破坏静电吸盘；在化学/物理气相沉积过程中，如果晶圆片没有放置在预设位置或倾斜地放置，会导致晶圆片上沉积的薄膜厚度不均匀，影响器件性能；在光刻过程中，晶圆片的定位准确与否直接决定了光刻的成败。
目前晶圆片的定位方法通常采用光学法，如美国专利US9405287B1揭露了一种晶圆片位置校准设备及方法。该设备用多个相机拍摄记录晶圆片边缘图像，比较分析并计算得到晶圆片的同心度，通过机械手修正晶圆片位置后再重复拍摄分析直至晶圆片移动到指定位置。
然而现有的晶圆片定位方法都需要在晶圆片外部添加传感设备，且无法直接安装在加工工艺腔内，需要单独的定位测量腔，在其中经过校准之后再由机械手运送到加工工艺腔内，步骤繁琐，时间较长，效率低。
针对现有技术存在的测量装置问题，需要提供一种全新的针对聚焦环与晶圆片边缘间隙的装置，同时需要提供一种适应上述装置的测量方法。
发明内容
为解决晶圆片定位系统体积庞大占用空间，校准时间长的问题，本发明提供了一种晶圆聚焦环间隙测量装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供一种晶圆聚焦环间隙测量装置1，其包括一个晶圆片，并用于测量晶圆片与聚焦环之间的间隙，其特征在于至少如下装置被设置于所述晶圆片：间隙测量模块4，其用于测量所述晶圆片边缘与所述聚焦环之间的间隙距离；间隙采集模块5，其与所述间隙测量模块4连接，用于采集所述间隙测量模块4的测量信息，并将所述测量信息传输给上位机。即在一个晶圆片或类似于晶圆片的材料上设置上述间隙测量模块4以及间隙采集模块5。
优选地，所述间隙测量模块4为光学组件，其向所述聚焦环2发出入射光，并接收反射光，所述入射光以及所述反射光作为所述测量信息传输给所述间隙采集模块5。
优选地，在所述间隙测量装置1工作过程中，所述光学组件的发光点伸出所述晶圆片的边缘与聚焦环之间，并向所述聚焦环方向移动或相反方向移动。
优选地，所述间隙测量模块4至少包括：光源件41，至少用于向所述聚焦环2发出入射光；光电探测器42，其至少用于接收从所述聚焦环2返回的反射光；驱动模块47，其至少用于提供驱动功能，以使得所述入射光形成的焦点位置发生改变。
优选地，所述驱动模块47用于驱动所述间隙测量模块4向所述聚焦环的方向或相反方向移动。
优选地，所述驱动模块47连接所述光源件41，以使得所述光源件41向所述聚焦环的方向或相反方向移动。
优选地，所述驱动模块47为一个振镜，其用于改变与所述光源件41连接的透镜，并使得所述透镜距离所述聚焦环的位置改变或者使得所述透镜发生变形，从而改变所述焦点。
优选地，所述光源件41由如下组件中的任一种组成：
-一个光源。
-一个光源以及一个与所述光源连接的光纤44，所述光纤44至少用于对外传递所述入射光并传递反射光。相应地，在此情况下，则所述驱动模块用于驱动所述光纤进行移动。
-一个光源、与所述光源连接并至少用于对外传递所述入射光并传递反射光的光纤44以及与所述光纤连接的透镜45，所述透镜45至少用于汇聚所述入射光和收集所述反射光。相应地，在此情况下，则所述驱动模块用于驱动所述透镜45以使得透镜45的位置或者形状发生改变，从而改变入射光形成的焦点位置。
优选地，所述间隙测量模块4至少还包括一个分束器43，其至少用于对所述反射光进行分离并使得所述反射光被收集到所述光电探测器42。
优选地，所述光源件41为LED或激光二极管LD中的任一种；所述光电探测器42为光电二极管PD或光电三极管或其他光电转换器件；所述分束器43为分光棱镜、半透半反片、光纤分束器中的任一种；所述光纤44为塑料光纤或石英光纤；所述透镜45为非球面透镜或光纤透镜；所述驱动模块47为步进电机、压电驱动器或振镜中的任一种，或其他能够产生机械位移的驱动机构。
优选地，所述间隙采集模块5至少包括：处理模块6，其用于处理采集到的测量信息；以及，传输模块7，其与所述处理模块连接，并用于所述采集到的测量信息传输给上位机。
优选地，所述处理模块6至少包括如下模块：微处理器或其他能够进行数字信号处理的半导体器件；光电控制模块，其与所述微处理器连接，并至少用于控制所述光源件41和所述光电探测器42；模数转换器ADC，其与所述光电控制模块连接，并用于将所述模拟信号转换为数字信号，所述数字信号通过所述传输模块7传输给所述上位机。
优选地，所述传输模块7为如下无线通讯模块中的任一种：蓝牙；ZigBee；或Wi-Fi。进一步优选地，所述无线通讯模块也可以采用自定义通讯协议对应的模块，这都在本发明的保护范围内。
优选地，所述间隙测量模块4以及所述间隙采集模块5以如下方式中的任一种设置在所述晶圆片上：
-被固定在所述晶圆片的上表面；
-被固定在所述晶圆片上所开具的槽体内；或者
-贴附固定在所述晶圆片的外侧。
优选地，在所述间隙测量模块4以及所述间隙采集模块5被固定在所述晶圆片上所开具的槽体内时，所述晶圆片的外边缘具有开口，且所述开口与所述槽体相通，所述光源件41发出的入射光通过所述开口发射出去。
优选地，所述间隙测量模块4的光源件41被贴附在所述晶圆片的外侧。
优选地，所述光源件41通过所述驱动模块47经由所述晶圆片的外边缘开口缩回所述晶圆片内，或者通过所述驱动模块47向所述聚焦环的方向移动。
优选地，所述间隙测量模块4除光源件41外的其他组件固定在所述晶圆片的上表面或者所述晶圆片上所开具的槽体内。
优选地，所述间隙测量模块4的数量为2个以上，例如2-8个中任意选择一个数量。
根据本发明的另一个方面，还提供一种测量系统，其用于测量晶圆片与聚焦环之间的间隙，其至少包括上位机11以及上述的晶圆聚焦环间隙测量装置1，在所述测量系统工作时，所述晶圆聚焦环间隙测量装置1被放置并吸附于与所述聚焦环2相适应的静电吸盘3上。
根据本发明的再一个方面，还提供一种基于上述晶圆聚焦环间隙测量装置1的测量方法，其用于测量晶圆片与聚焦环之间的间隙，其包括如下步骤：
i.所述间隙测量模块发出入射光并接收反射光信号，将所述反射光信号以及所述间隙测量模块移动的步数信息发送给所述间隙采集模块；
ii.所述间隙测量模块移动到下一测量位置并重复步骤i直至所述间隙测量模块已经移动到终点；
iii.所述间隙采集模块根据所述反射光信号以及所述步数信息计算所述晶圆片与聚焦环之间的间隙距离。
优选地，在所述步骤iii中，所述间隙距离为：所述间隙测量模块的初始位置D0加上所述反射光信号极值对应的移动步数n*步长的d，即D0+nd。
优选地，在所述步骤i之前还包括如下步骤：所述晶圆聚焦环间隙测量装置1进行自检，所述间隙测量模块移动到初始位置D0。
与现有的方案相比，本发明将晶圆片定位装置集成在晶圆片上，可进行晶圆片和聚焦环间隙的原位测量，免去了校准定位腔，节省了空间；可实现实时在位检测；一次间隙测量后确定了晶圆片和聚焦环的位置对应关系，不需要再打开腔体人工对每个晶圆片进行校准，节省了工艺流水线上的工作时间。用光信号极值判断聚焦环位置的方法不受聚焦环材料影响，对不同材料都可测量。采用光学非接触测量方法，避免了在测量过程中直接触动聚焦环产生聚焦环的移动。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了根据本发明的一个具体实施方式的，一种晶圆聚焦环间隙测量装置的俯视示意图；
图2示出了根据本发明的一个具体实施方式的，一种晶圆聚焦环间隙测量装置的侧视截面示意图；
图3、图7示出了根据本发明的一个具体实施方式的，一种晶圆聚焦环间隙测量装置的间隙测量模块测量聚焦环的原理示意图；
图4示出了根据本发明的一个具体实施方式的，一种晶圆聚焦环间隙测量装置中的间隙采集模块和上位机内各模块及电路的示意图；
图5示出了根据本发明的一个具体实施方式的，一种晶圆聚焦环间隙测量装置的整体运行流程示意图；
图6示出了根据本发明的一个具体实施方式的，一种晶圆聚焦环间隙测量装置的测量运行流程示意图；以及
图8示出了根据本发明的一个具体实施方式的，一种晶圆聚焦环间隙测量装置工作过程中所获得测量信息的示意图。
标号说明：
1.晶圆聚焦环间隙测量装置；
2.聚焦环；
3.静电吸盘；
4.测量模块；
41.光源件； 42.探测器； 43.分束器；
44.光纤； 45.透镜； 46.焦点； 47.驱动模块；
5.采集模块；
6.处理模块；
7.传输模块；
8.供电模块；
11.上位机；
111.I/O模块； 112.处理模块； 113.供电模块。
具体实施方式
本领域技术人员理解，在一个优选实施例中，本发明包含的特有技术特征包括：
图1画出了晶圆聚焦环间隙测量装置1，聚焦环2和静电吸盘3的俯视示意图，对应地，图2画出了晶圆聚焦环间隙测量装置1，聚焦环2和静电吸盘3的和侧视截面图。如图1、图2所示，本发明提供的晶圆聚焦环间隙测量装置1置于聚焦环2和静电吸盘3之上。在半导体制造过程中，待加工晶圆片被静电吸盘3吸附固定，晶圆片与聚焦环2之间存在空隙，例如图2所示的间隙。当晶圆片中心和聚焦环中心未对准时，晶圆片和聚焦环2之间的空隙在空间分布上并不均匀，导致在诸如等离子体刻蚀过程中的外加电场分布不均，容易产生电弧打火现象，损坏晶圆片，聚焦环和静电吸盘，因此晶圆片定位的准确性对半导体加工至关重要。
本发明将间隙测量装置集成在晶圆片上，构成晶圆聚焦环间隙测量装置1，该晶圆聚焦环间隙测量装置1优选地与半导体制造过程中所加工的晶圆片尺寸一致，将其置于晶圆片预加工位置，可实现在位检测和采集晶圆片位置信息。而在一个优选实施例中，在图2中，所述测量模块4下方的片状物即为本发明所描述的晶圆片。在另一个变化例中，也可以将所述晶圆片用外观与晶圆片一致的物体所替代，并将所述间隙测量装置集成到该物体中，从而形成替代的晶圆聚焦环间隙测量装置1。优选地，所述晶圆聚焦环间隙测量装置1上有间隙测量模块4和采集模块5，分别负责测量间隙和采集数据。
图3画出了间隙测量模块4测量聚焦环2的示意图。所述间隙测量模块4内有光源件41，探测器42，分束器43，光纤44，透镜45以及驱动模块47。光源件41发出的入射光经分束器43，光纤44，透镜45汇聚在焦点46处，最终照射到聚焦环2上后反射回，再经透镜45，光纤44，分束器43，照射到探测器42上，此时探测器42得到光信号值并传递给采集模块5进行数据处理。由于间隙宽度是未知量，光斑焦点并不一定在聚焦环2上。通过驱动模块47可带动测量模块4进行晶圆径向上的平移，调整焦点46位置，当其正好在聚焦环2上时得到的反射光光信号存在极值，即探测器42的数值为极值。因此，通过驱动模块的移动步数和对应的探测器数值即可判断出聚焦环的位置，又由已知的驱动模块步长和初始位置可以推导出晶圆与聚焦环间隙的宽度。
进一步地，参考图3所示实施例，本领域技术人员理解，在所述间隙测量装置1工作过程中，所述光学组件的光焦点在所述晶圆片的边缘与聚焦环之间。进一步地，参考图6所示实施例，本领域技术人员理解，通过驱动模块的工作，所述焦点向所述聚焦环方向移动或相反方向移动。
驱动模块可使用步进电机或压电驱动器带动整个测量模块进行平移，或只平移光纤和透镜。
驱动模块也可使用振镜，此时其他部件不动，仅透镜移动或形变，达到改变透镜焦点的效果，同样实现平移驱动模块的效果。
进一步参考图3、图7所示实施例，本领域技术人员理解，基于不同的实现方式，可以用不同的变化例实现本发明所提供的光源件41，从而让所述光源件发出所述入射光。在一个变化例中，所述光源件41为一个简单的光源，例如一个LED光源，通过该LED光源向所述聚焦环方向发出所述入射光。而在另一个变化例中，所述光源件41由光源和连接所述光源的光纤组成，在这样的变化例中，所述入射光优先地通过所述光纤的末端向所述聚焦环方向发出，进一步地参考图1、图2、图3以及图6、图7所示实施例，所述驱动模块优选地驱动所述光纤进行移动，从而改变图3所示焦点的位置，进而获得不同的反射光光信号值。更进一步地，在这样的变化例中，所述光纤以外的其他组件，例如间隙采集模块5可以被固定而不需要被所述驱动模块带动后移动，这些变化都在本发明的保护范围内。更进一步地，在这样的变化例中，所述光纤的末端可以被设置在所述晶圆片的外边缘的横向开具的开口内，使得光纤末端在所述晶圆片内，所述光纤的上面和下面都是晶圆片，而光纤可以在开口内做向内或向外的移动，即所述光纤末端向所述聚焦环方向或反方向移动。进一步地，所述光纤发出的入射光通过所述开口发射出去。在另一个变化例中，光源件41由光源、连接所述光源的光纤、连接所述光纤的透镜45组成，在这样的情况下透镜45最终发出入射光，且所述驱动模块驱动所述透镜45发生变化，而优选地所述透镜45可以被设置在晶圆片的外边缘的横向开口内。
图4为间隙采集模块5和上位机11内各模块及电路的示意图。
所述间隙采集模块5含有采集测量模块4输出所需，以及如需则提供驱动测量模块4所需的任何输入信号的电路，例如微处理器，放大器，模数转换器(ADC)，电流源，和滤波器等。
处理模块6采集并储存间隙测量模块4得到的探测器42与驱动模块47的数据。处理模块6可含有测量模块4的校准系数，用来校准采集到的间隙数据。处理模块6的记忆体可为RAM,DRAM,ROM,SSD,flash,EPROM,EEPROM等。
传输模块7将处理模块6中的间隙信息发送至上位机11的输入/输出(I/O)模块111，且接收来自上位机11的I/O模块111的任何控制信号。模块之间的通讯连接使用无线通信模块(如红外，蓝牙，ZigBee，Wi-Fi等)，也可直接通过电感式的感应线圈通讯。
供电模块8为晶圆聚焦环间隙测量装置1所有组件提供电力，可为可充电锂电池。供电模块8可包含有线充电模块，无线充电模块，其与上位机11的供电模块113相互连接。
上位机11可为任何微处理器，例如电脑或掌上电脑PDA或由单片机搭建的PLC系统。上位机11包含I/O模块111，处理模块112，供电模块113。I/O模块111可使用有线通信模块，无线通信模块，也可直接通过电感式的感应线圈与晶圆聚焦环间隙测量装置1的传输模块7通讯。I/O模块111也可包含显示器，键盘或鼠标等。
晶圆聚焦环间隙测量装置1的基板较佳地为一硅晶圆片，但也可由能用在制造集成电路中的其他材料制成，如砷化镓，玻璃，陶瓷，氮化物或碳化物。基板的直径较佳地为200mm或300mm，以符合目前的晶圆尺寸，但其可具有任何直径或任意形状。
间隙测量装置1上的元件如间隙测量模块4和间隙采集模块5可放在晶圆片上方，或埋入所述晶圆片预先加工的盲槽内，使其更有利于满足半导体工艺的传片高度要求。进一步地，本领域技术人员理解，在所述间隙测量模块4被埋入盲槽内时，如果考虑入射光、反射光的发射和接收问题，可以在晶圆片的外侧与所述测量模块4对应的位置开槽，从而使得所述间隙测量模块4对外可以发射或接收光束，这都在本发明的保护范围内。进一步地，可以在晶圆片上刻出凹槽，所述凹槽的深度与所述晶圆聚焦环间隙测量装置1的各组件(例如图1、图2所示)的高度相适应，从而使得所述晶圆聚焦环间隙测量装置1的整体高度不超过所述晶圆片的高度，更加符合半导体加工工艺的要求。更进一步地，在另外一个变化例中，所述间隙测量模块4等装置被贴附在所述晶圆片的外侧，即面对所测量的间隙、面对所述聚焦环，这也在本发明的保护范围内。
所述间隙测量模块4的数量并不限于4个，可通过增加数量来获得更高的定位准确性。而在另一个变化例中，也可以减少所述间隙测量模块4的数量，例如通过2个或者3个所述测量模块4来实现本发明所描述的对间隙的测量。
图5至图8示出了本发明提供的间隙测量装置1的运行的示意图。具体地，图5为所述间隙测量装置1的整体运行流程示意图。其中，首先进入步骤S101，启动间隙测量装置，打开装置电源。
然后进入步骤S102，机械手将所述间隙测量装置1传片至静电吸盘上。
然后进入步骤S103，上位机发送无线信号通知间隙测量装置1开始测量，等候测试结果。
然后进入步骤S104，间隙测量装置1测量完毕后无线发送结果给上位机。
然后进入步骤S105，测试完成，机械手将所述间隙测量装置1取回并关机。
图6为间隙测量装置1的测量运行流程示意图，并参考图7、图8做如下说明。
首先进入步骤S201，启动测试后程序自检，驱动模块回归零位D0。
然后进入步骤S202，判断驱动模块是否到达终点。
如否，进入步骤S203，光源件41发出调制光信号，探测器42接收到光信号强度数据并将其和驱动模块步数发送给采集模块5；驱动模块前进一步，优选地，所述步长为d。然后回到步骤S202。
如是，进入步骤S204，光源件41发出调制光信号，探测器42接收到光信号强度数据并将其和驱动模块步数发送给采集模块5；驱动模块回归零位D0。
然后进入步骤S205，间隙采集模块5根据之前得到的探测器数据和驱动模块步长数据，计算出探测器数值最大点对应的驱动模块前进步数n，由已知步长d得到间隙的数值Gap＝D0+nd。
进一步地，本领域技术人员理解，在上述处理过程中，针对测量光强强度值、次步骤时的驱动模块步数，这两个数据发给所述采集模块予以储存，进入S205后根据光强数据找到极大值和其对应的驱动模块步数n，从而得到所述间隙距离数值Gap。
本领域间隙测量模块4的初始位置D0优选地指的是入射光的焦点和晶圆边缘的距离。每次驱动器让测量模块移动一步，步长为d。总共移动了N步，每移动一步有一个光信号，比如光强。可以从光强数据内得到最大光强对应的移动步数n。因为最大光强对应光斑焦点在聚焦环上，所以间隙Gap＝D0+nd。可以画出图8所示的曲线，横坐标是步数n或移动距离nd，纵坐标是强度值，图8中的单位可以根据需要来进行设置，这都在本发明的保护范围内。
进一步地，参考图5以及图6、图7所示实施例，在一个变化例中，图6所示计算过程在上位机内完成，即所述间隙采集模块5将测量信息直接传输给上位机，而不是由间隙采集模块5进行对步长和极值信息进行计算。在这样的变化例中，所述间隙采集模块5可以优选地不设置存储模块。而在图6所示实施例中，优选地所述间隙采集模块5内设置存储模块用于存储不同步长情况下采集的多个测量信息。进一步地，本领域技术人员理解，通过上位机进行计算还是间隙采集模块5进行计算，或者是同步计算、异步计算，这些变化都在本发明的保护范围内。
更进一步地，在另外一个变化例中，所述上位机的作用可以根据不同实施方式进行变化，例如上位机可以是晶圆加工系统中的控制主机，也可以是与所述控制主机配合的其他辅助系统，或者就是本发明提供的测量系统中的一个主机，例如指接收、显示或处理晶圆片边缘与聚焦环间隙无线数据的电脑或工控机，这些变化都在本发明的保护范围内。
进一步地，参考图6所示实施例，本领域技术人员理解，所述驱动模块的初始位置D0可以在所述晶圆片的最内侧，即最远离所述聚焦环的位置、处在更靠近晶圆中心的位置，在此时，图6所示优选实施例开始执行后，所述驱动模块带动整个间隙测量装置1向晶圆片边缘移动。相反，如果所述驱动模块的初始位置D0在靠近所述晶圆片边缘的位置，则所述驱动模块带动整个间隙测量装置1向所述晶圆片的中心位置移动。即所述驱动模块的前进方向根据初始位置选择，如果初始位置在晶圆片边缘，则向晶圆中心方向前进；如果初始位置远离边缘，则向边缘方向前进。
更进一步地，参考图1、图2以及图6，本领域技术人员理解，所述驱动模块工作的模式根据所述驱动模块所带动的对象相适应。例如在上述描述的优选实施例中所述驱动模块用于带动整个间隙测量装置1移动，从而使得所述间隙测量装置1上的光源移动，光源发出的光相应地移动，从而使得入射光的焦点发生变化，反射光的强度信号也相应地发生变化。而在另一个优选实施例中，所述驱动模块并不带动整个间隙测量装置1移动，而是仅仅带动光源移动，例如直接带动光源移动，或者带动与光源相连接的光纤移动，从而使得发射光的发出始发点发生变化，即实现上述的带动整个间隙测量装置1移动的效果。在另一个变化例中，所述驱动模块是一个振镜结构，即通过振镜结构改变与光源相连接的透镜的形状，从而使得所述入射光的焦点发生改变。这些驱动模块的变化，都在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员理解，通常12寸晶圆片和聚焦环的间隙范围在0～3mm，在一个优选实施例中，本技术方案把驱动模块的零点位置设置在焦点46与晶圆片边缘重合的对应位置，此时D0为零；驱动模块的前进终点位置为3mm。透镜的焦距大于3mm，保证测量模块在驱动模块驱动下不会超出晶圆片边缘。
本领域技术人员理解，在本发明提供的优选实施例中，所述晶圆聚焦环间隙测量装置和方法是利用集成在晶圆片上的光学间隙测量装置，通过移动光学间隙测量装置的位置或改变光学间隙测量装置探测光焦点位置，从而得到由聚焦环反射回的光信号与位置信息，进而推导出晶圆片与聚焦环之间的间隙。
所述间隙测量装置集成在晶圆片上，包含间隙测量模块，采集模块，处理模块，传输模块和供电模块。
所述间隙测量模块用于测量晶圆片与聚焦环之间的间隙，包含有光源，光电探测器，分束器，光纤，透镜，驱动模块；所述光源优选地可为LED，激光二极管LD等光源；所述光电探测器可为光电二极管PD或光电三极管等光电探测器件；所述分束器用于分离光源发出的光(即入射光)和从聚焦环反射回的光，使入射光照射到聚焦环上并且将反射光收集到光电探测器件上。分束器优先地可以用分光棱镜，半透半反片，光纤分束器，也可以使用其他种类的光学分束，这都在本发明的保护范围内。所述光纤用于传递入射光和反射光，在一个优选实施例中可以使用塑料光纤，石英光纤等光导器件来实现。所述透镜用于汇聚入射光和收集反射光，可用非球面透镜，光纤透镜等；所述驱动模块用于驱动测量模块，可用步进电机，压电驱动器，振镜等实现。
所述间隙采集模块用于采集测量模块的信息，包含处理模块，传输模块，供电模块。即所述测量模块的信号被所述间隙采集模块接收，进而被所述处理模块所处理。
所述处理模块用于储存和处理采集到的位置信息，在一个优选实施例中，其包含微处理器，光电控制模块，模数转换器ADC，记忆体如RAM,DRAM,ROM,SSD,flash,EPROM,EEPROM等。
所述传输模块用于将采集装置采集到的位置信息传输给上位机，包含无线通信模块(如蓝牙，ZigBee，Wi-Fi等)；
所述供电模块为测量装置提供电源，优选的包含可充电锂电池，有线充电模块，无线充电模块。具体地，所述供电模块可以为间隙测量装置4、间隙采集装置5供电，这都在本发明的保护范围内。
进一步地，本领域技术人员理解，所述光电控制模块发出命令给测量模块中的光源让他发出特定的光脉冲或调制光信号，也控制测量模块中的光电探测器的启动关闭，选择接收模式等控制。光电控制模块被优选地用于控制光源件的明亮度，接收器的响应等。
测量间隙的过程如下：启动电源，机械手将测量装置移动到静电吸盘上并处于聚焦环内。所述处理模块内的微处理器运行内置程序，启动无线通信模块，收到上位机开始测量指令后启动光电控制模块，驱动测量模块内的光源发出调制光信号(可以是脉冲、调频或调幅光信号)，所述光信号射进分束器，并优选地经光纤、透镜到达要测量的聚焦环后原路反射回所述光电探测器，所述光电探测器将测得的光信号(即反射光)传输回所述间隙采集模块内的处理模块处理并储存，完成一次光信号探测。然后所述处理模块发送指令给所述间隙测量模块内的驱动模块，所述驱动模块工作并移动所述间隙测量装置的位置或改变透镜的光焦点位置，再进行一次光信号探测，如此循环至所述驱动模块移动所述间隙测量装置走完所有位置、即对所有位置均测量完毕，进一步地所述处理模块将测得的光信号和移动步长形成一一对应关系，光信号极值对应的即是聚焦环的位置。由已知驱动模块的步长和初始位置可得到晶圆片与聚焦环的间隙宽度。所述采集模块将间隙宽度结果通过无线模块发送给上位机，上位机收到确认后回复关机，用机械手将测量装置取回，整个测量过程结束。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (23)

1.一种晶圆聚焦环间隙测量装置(1)，其包括一个晶圆片，并用于测量晶圆片边缘与聚焦环之间的间隙，其特征在于至少如下装置被设置于所述晶圆片：
间隙测量模块(4)，其用于测量所述晶圆片边缘与所述聚焦环之间的间隙距离；
间隙采集模块(5)，其与所述间隙测量模块(4)连接，用于采集所述间隙测量模块(4)的测量信息，并将所述测量信息传输给上位机。
2.根据权利要求1所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述间隙测量模块(4)为光学组件，其向所述聚焦环(2)发出入射光，并接收反射光，所述入射光以及所述反射光作为所述测量信息传输给所述间隙采集模块(5)。
3.根据权利要求2所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，在所述间隙测量装置(1)工作过程中，所述入射光形成的焦点位置在所述晶圆片的边缘与聚焦环之间，并向所述聚焦环方向移动或相反方向移动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述间隙测量模块(4)至少包括：
光源件(41)，至少用于向所述聚焦环(2)发出入射光；
光电探测器(42)，其至少用于接收从所述聚焦环(2)返回的反射光；
驱动模块(47)，其至少用于提供驱动功能，以使得所述入射光形成的焦点位置发生改变。
5.根据权利要求4所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述驱动模块(47)用于驱动所述间隙测量模块(4)向所述聚焦环的方向或相反方向移动。
6.根据权利要求4所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述驱动模块(47)连接所述光源件(41)，以使得所述光源件(41)向所述聚焦环的方向或相反方向移动。
7.根据权利要求4所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述驱动模块(47)为一个振镜，其用于改变与所述光源件(41)连接的透镜，并使得所述透镜距离所述聚焦环的位置改变或者使得所述透镜发生变形，从而改变所述焦点。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述光源件(41)由如下组件中的任一种组成：
-一个光源；
-一个光源以及一个与所述光源连接的光纤(44)，所述光纤(44)至少用于对外传递所述入射光并传递反射光；
-一个光源、与所述光源连接并至少用于对外传递所述入射光并传递反射光的光纤(44)以及与所述光纤连接的透镜(45)，所述透镜(45)至少用于汇聚所述入射光和收集所述反射光。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述间隙测量模块(4)至少还包括一个分束器(43)，其至少用于对所述反射光进行分离并使得所述反射光被收集到所述光电探测器(42)。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述光源件(41)为LED或激光二极管LD中的任一种；所述光电探测器(42)为光电二极管PD或光电三极管；所述分束器(43)为分光棱镜、半透半反片、光纤分束器中的任一种；所述光纤(44)为塑料光纤或石英光纤；所述透镜(45)为非球面透镜或光纤透镜；所述驱动模块(47)为步进电机、压电驱动器或振镜中的任一种。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述间隙采集模块(5)至少包括：
处理模块(6)，其用于处理采集到的测量信息；以及
传输模块(7)，其与所述处理模块连接，并用于所述采集到的测量信息传输给上位机。
12.根据权利要求11所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述处理模块(6)至少包括如下模块：
微处理器；
光电控制模块，其与所述微处理器连接，并至少用于控制所述光源件(41)和或所述光电探测器(42)；
模数转换器ADC，其与所述光电控制模块连接，并用于将所述模拟信号转换为数字信号，所述数字信号通过所述传输模块(7)传输给所述上位机。
13.根据权利要求11或12所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述传输模块(7)为如下无线通讯模块中的任一种：
-蓝牙；
-ZigBee；或
-Wi-Fi。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述间隙测量模块(4)以及所述间隙采集模块(5)以如下方式中的任一种设置在所述晶圆片上：
-被固定在所述晶圆片的上表面；
-被固定在所述晶圆片上所开具的槽体内；或者
-贴附固定在所述晶圆片的外侧。
15.根据权利要求14所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，在所述间隙测量模块(4)以及所述间隙采集模块(5)被固定在所述晶圆片上所开具的槽体内时，所述晶圆片的外边缘具有开口，且所述开口与所述槽体相通，所述光源件(41)发出的入射光通过所述开口发射出去。
16.根据权利要求14所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述间隙测量模块(4)的光源件(41)被贴附在所述晶圆片的外侧。
17.根据权利要求16所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述光源件(41)通过所述驱动模块(47)经由所述晶圆片的外边缘开口缩回所述晶圆片内，或者通过所述驱动模块(47)向所述聚焦环的方向移动。
18.根据权利要求16或17所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述间隙测量模块(4)除光源件(41)外的其他组件固定在所述晶圆片的上表面或者所述晶圆片上所开具的槽体内。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的间隙测量装置(1)，其特征在于，所述间隙测量模块(4)的数量为2个或2个以上。
20.一种测量系统，其用于测量晶圆片边缘与聚焦环之间的间隙，其至少包括上位机(11)以及根据权利要求1至19中任一项所述的晶圆聚焦环间隙测量装置(1)，在所述测量系统工作时，所述晶圆聚焦环间隙测量装置(1)被放置并吸附于与所述聚焦环(2)相适应的静电吸盘(3)上。
21.一种基于根据权利要求1至19中任一项所述的晶圆聚焦环间隙测量装置(1)的测量方法，其用于测量晶圆片边缘与聚焦环之间的间隙，其包括如下步骤：
i.所述间隙测量模块发出入射光并接收反射光信号，将所述反射光信号以及所述间隙测量模块移动的步数信息发送给所述间隙采集模块；
ii.所述间隙测量模块移动到下一测量位置并重复步骤i直至所述间隙测量模块已经移动到终点；
iii.所述间隙采集模块根据所述反射光信号以及所述步数信息计算所述晶圆片与聚焦环之间的间隙距离。
22.根据权利要求21所述的测量方法，其特征在于，在所述步骤iii中，所述间隙距离为：所述间隙测量模块的初始位置D0加上所述反射光信号极值对应的移动步数n*步长d，即D0+nd。
23.根据权利要求21或22所述的测量方法，其特征在于，在所述步骤i之前还包括如下步骤：所述晶圆聚焦环间隙测量装置(1)进行自检，所述间隙测量模块移动到初始位置D0。
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